目前,针对OA的治疗临床上缺乏根治措施,长期使用非甾体抗炎药不能阻止OA的病理发展且可导致软骨损伤及严重的胃肠道不良反应等。氨基葡萄糖(GLU)及骨碎补(DR)等的单独作用以及透明质酸钠和硫酸氨基葡萄糖(1 500 mg/d)的联合作用来预防和治疗OA,在一定程度上均能够减轻软骨损伤,抑制OA病理进程,且无明显毒副作用。两者联用治疗OA能否取得更好的效果,目前鲜见报道。因此,来自北京联合大学功能食品科学技术研究院的周艳丽、劳文艳和北京赛升药业股份有限公司的陈世杰等人采用关节腔注射白陶土-鹿角菜胶诱发各组大鼠急性骨关节损伤,结合跑台运动,建立大鼠慢性OA模型,研究GLU和DR联用的干预作用及机制,为进一步开展预防和治疗OA的研究工作提供科学依据。
1. GLU和DR联用对大鼠关节肿胀度的影响
第1~7周,与空白组相比,模型组大鼠关节肿胀度显着增加,表明模型诱导成功;与模型组相比,DS组显着降低,除了低剂量组外,其他各受试物组均显着降低(P<0.05)。以上结果表明,GLU和DR单独及联合作用均能减轻大鼠关节肿胀损伤,单独作用时GLU的作用效果优于DR,联合作用时高剂量的效果最好,且优于2 种物质单独作用时的效果,中剂量的作用效果比DR略差一些,低剂量减轻关节肿胀损伤效果不明显。
2. GLU和DR联用对大鼠关节软骨组织病理学改变的影响
HE染色的组织病理学征象
空白组关节软骨表面光滑、完整,软骨层无裂缝、侵蚀;软骨细胞规则排列于软骨陷窝内,呈柱状排列,软骨细胞数量、形态无异常。模型组关节软骨表面粗糙、不平整,有裂缝,可深达放射层及钙化层,部分软骨层脱落,大范围骨侵蚀和软骨破坏;表层内的软骨细胞明显减少,细胞排列紊乱,放射层细胞则明显增多,钙化层可见肥大的软骨细胞,有细胞团存在,部分有血管翳形成。DS组的组织病理学所见则明显轻于模型组,表现为关节软骨侵蚀较轻,细胞排列较规则,肥大样细胞减少。各受试物组除低剂量组外大鼠关节软骨组织病理学征象均明显轻于模型组,其中,高剂量组组织病理学征象减轻最明显,其次为GLU组、DR组和中剂量组。
SOFG染色观察关节
软骨蛋白聚糖含量的变化
空白组关节软骨蛋白聚糖染色正常(颜色鲜红且均匀);模型组关节软骨基质中蛋白聚糖染色重度减退,说明造模后大鼠关节软骨EMC中蛋白聚糖含量明显降低,模型诱导成功;与模型组相比,DS组蛋白聚糖染色缺失现象明显减轻,各受试物组除低剂量组外,蛋白聚糖染色缺失现象均明显改善。
组织病理学评分结果
模型组大鼠关节软骨的各项组织病理学评分均显着高于空白组(P<0.05)。DS组的各项评分除软骨细胞外均显着低于模型组(P<0.05)。GLU组、DR组、中、高剂量组各项评分均显着低于模型组(P<0.05)。低剂量组各项评分与模型组相比有所降低,但差异不明显。
GLU和DR联用对MMP-3、
TIMP-1水平的影响
与空白组相比,模型组大鼠血清中MMP-3和TIMP-1质量浓度明显升高;与模型组相比,DS组、GLU组、DR组、中、高剂量组MMP-3和TIMP-1质量浓度均明显降低,低剂量组MMP-3质量浓度也有所降低,但差异不明显。说明大鼠骨关节损伤时血清MMP-3表达增高,模型诱导成功,GLU和DR单独和联合作用对MMP-3和TIMP-1质量浓度的升高均具有一定的抑制作用,单独作用时GLU的抑制作用更明显,联合作用时高剂量组抑制作用最明显,优于DS组及其他受试物组。
与空白组相比,模型组大鼠血清MMP-3/TIMP-1质量浓度比值明显降低;与模型组相比,DS、DR组和低剂量组有所降低,但差异不明显,其余各受试物组均明显小于模型对照组。说明大鼠发生OA时血清TIMP-1、MMP-3表达均升高,但两者升高幅度不平行,导致MMP-3与TIMP-1质量浓度失衡,GLU和DR单独作用对MMP-3与TIMP-1之间失衡都有调节作用,联合作用时中、高剂量调节作用较明显,低剂量没有明显调节作用。
GLU和DR联用对iNOS
活力和NO浓度的影响
与空白组相比,模型组大鼠血清中iNOS活力和NO浓度显着增加;与模型组相比,除低剂量组外,DS组和各受试物组iNOS活力和NO浓度均明显降低;各受试物组相比,GLU和DR单独作用和联合作用中、高剂量组大鼠血清iNOS活力和NO浓度均明显低于低剂量组(P<0.05)。说明GLU和DR单独和联合作用对OA大鼠血清iNOS活力和NO浓度的升高均具有一定的抑制作用,联合作用时,中、高剂量组有明显的降低作用,低剂量组的作用效果不明显。
GLU和DR联用对
SOD活力的影响
与空白组相比,模型组大鼠血清SOD活力明显降低;与模型组相比,DS组SOD活力升高,但不明显,除低剂量组外,其他各受试物组SOD活力明显升高;说明关节腔注射联合跑台运动诱发大鼠发生氧化损伤,GLU和DR单独和联合作用对OA大鼠血清SOD活力的降低均具有一定的抑制作用,其中高剂量的作用效果最明显,其次为GLU、DR和中剂量,低剂量的作用效果不显着。
GLU和DR联用对关节软骨
组织Ⅱ型胶原含量的影响
空白组大鼠关节软骨EMCⅡ型胶原染色呈棕色,阳性染色面积广泛,均匀分布于关节软骨各层,软骨层可见软骨细胞染色阳性;模型组大鼠关节软骨层变薄,表浅层出现缺损,EMC染色浅,阳性染色面积显着减少,且分布不均匀,软骨细胞少量着色。与模型组相比,DS组大鼠关节软骨EMC染色加深,染色面积增大,软骨层可见阳性细胞增多;各受试物组大鼠关节软骨细胞阳性染色增多,EMC染色面积增大,染色有不同程度加深。
与空白组相比,模型组大鼠关节软骨Ⅱ型胶原平均光密度值明显降低。与模型组相比,DS组Ⅱ型胶原平均光密度值明显升高;各受试物组除低剂量组外Ⅱ型胶原平均光密度值均明显升高;说明大鼠发生OA时关节软骨Ⅱ型胶原含量明显减少,GLU和DR对OA大鼠关节软骨Ⅱ型胶原含量的减少均具有明显改善作用,单独作用时GLU的改善效果更明显,优于DR和DS,联合作用时高剂量的效果最优,且优于GLU,低剂量的改善效果不明显。
GLU和DR联用对炎性细胞
因子质量浓度的影响
与空白组相比,模型组大鼠血清中TNF-α和IL-1β质量浓度均明显升高。与模型组相比,DS组TNF-α和IL-1β质量浓度明显降低;除低剂量组外,各受试物组血清TNF-α和IL-1β质量浓度均明显降低;低剂量组血清TNF-α、IL-1β质量浓度有所降低,但差异不显着。说明诱发大鼠OA后,大鼠产生炎症反应,血清炎性因子TNF-α和IL-1β水平明显升高,GLU和DR均能明显降低大鼠血清炎性因子IL-1β、TNF-α水平,GLU的降低效果更明显,联合作用时高剂量的效果最明显,且优于2 种物质单独作用效果,低剂量组的作用效果不明显。
结 论
与空白组相比,模型组大鼠关节肿胀,软骨破坏;血清中MMP-3、TIMP-1质量浓度和MMP-3/TIMP-1质量浓度比值显着升高(P<0.05);iNOS活力、IL-1β、NO和TNF-α质量浓度显着增加(P<0.05);SOD活力和关节软骨Ⅱ型胶原含量显着降低(P<0.05)。与模型组相比,GLU和DR单独作用及中、高剂量联合作用均能减轻关节肿胀,改善膝关节组织病理学异常现象;明显抑制血清MMP-3、TIMP-1、NO、IL-1β、TNF-α质量浓度和iNOS活力的增加(P<0.05);抑制SOD活力的降低(P<0.05);抑制关节软骨Ⅱ型胶原含量的降低(P<0.05)。其中,高剂量联合组效果最好,然后依次是GLU、DR、中剂量联合组、低剂量联合组。结论:GLU和DR单独和联合作用都能够减轻骨关节损伤,联合作用需要达到有效作用剂量才有明显的抑制作用。其作用机制与调节MMP-3/TIMP-1平衡,增加SOD活力和Ⅱ型胶原含量,降低iNOS活力和IL-1β、TNF-α、NO水平有关。这些研究为预防和治疗OA的功能性食品的研发提供了理论依据。